حسگر نامرئی دانشگاه کالیفرنیا: ردیابی ویتامین C از عرق نوک انگشتان روی فنجان

مهندسان دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، با معرفی یک برچسب الکترونیکی انقلابی، روش‌های سنتی تشخیص کمبود ریزمغذی‌ها را به چالش کشیده‌اند. این حسگر انعطاف‌پذیر که به سادگی به بدنه لیوان‌های نوشیدنی متصل می‌شود، قادر است سطح ویتامین C بدن را تنها از طریق تجزیه و تحلیل عرق میکروسکوپی نوک انگشتان اندازه‌گیری کند و داده‌ها را به صورت بی‌سیم منتقل نماید.

تشخیص نامرئی و ردیابی بلادرنگ

تیمی از مهندسان دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، این برچسب الکترونیکی را طراحی کرده‌اند تا میزان ویتامین C را از عرق نوک انگشت اندازه بگیرد. این وصله انعطاف‌پذیر به قسمت بیرونی هر لیوان نوشیدنی متصل شده و به محض اینکه کاربر آن را برمی‌دارد، فرآیند جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل را آغاز می‌کند.

پاتریک مرسیه، یکی از محققان، در این خصوص اظهار داشت:

«با تبدیل اشیاء روزمره مانند فنجان یا بطری به حسگر‌های هوشمند، افراد می‌توانند بدون تغییر هیچ چیز در روال روزمره خود، بینش‌های بلادرنگ در مورد سلامت و تندرستی خود به دست آورند. ما به سمت آینده‌ای از «ناآگاهی‌ها» حرکت می‌کنیم؛ دستگاه‌هایی که جلب توجه نمی‌کنند و اساساً نامرئی هستند، به طوری که شما حتی از استفاده از آنها بی‌خبر هستید.»

در عرض چند دقیقه، این دستگاه از عرق جمع‌آوری‌شده، انرژی کافی برای تجزیه و تحلیل سطح ویتامین C و انتقال بی‌سیم داده‌ها به یک لپ‌تاپ یا دستگاه مجاور را فراهم می‌کند. این فناوری به آینده‌ای اشاره دارد که در آن اشیاء روزمره، نشانگر‌های ضروری سلامت را به طور خاموش ردیابی می‌کنند.

جایگزینی ارزان برای آزمایش‌های پرهزینه

سوءتغذیه و کمبود ریزمغذی‌ها، از جمله کمبود ویتامین C، میلیون‌ها نفر را در سراسر جهان تحت تأثیر قرار می‌دهد. ویتامین C نقش حیاتی در حمایت از سیستم ایمنی، ترمیم بافت‌ها و جذب آهن دارد، اما آزمایش آن به روش‌های سنتی دشوار و پرهزینه است.

آزمایش‌های معمول برای ویتامین C در ایالات متحده معمولاً شامل نمونه‌گیری خون و تجهیزات تخصصی است که هزینه‌ای بالغ بر حدود ۵۰ دلار برای هر آزمایش در بر دارد و نظارت روتین را برای بسیاری از افراد غیرممکن می‌سازد.

این برچسب جدید یک جایگزین کم‌هزینه و غیرتهاجمی ارائه می‌دهد. ساختار آن شامل:

• یک ورق پلیمری انعطاف‌پذیر که قطعات الکترونیکی چاپ‌شده روی صفحه را در خود جای داده است.
• یک پد هیدروژلی متخلخل برای جذب عرق از نوک انگشتان.
• یک سلول سوخت زیستی داخلی که مواد شیمیایی موجود در عرق را به برق تبدیل می‌کند.
• یک برد مدار سفارشی و حسگر ویتامین C که توسط سلول سوخت زیستی تغذیه می‌شود.

پس از تجزیه و تحلیل، برد مدار از طریق بلوتوث کم‌مصرف (BLE)، اطلاعات را ارسال می‌کند.

عرق نوک انگشت: منبع انرژی پایدار

یکی از غیرمعمول‌ترین ویژگی‌های این برچسب، منبع تغذیه آن است. نوک انگشتان، با وجود اندازه کوچکشان، هر کدام حاوی بیش از هزار غده عرق هستند و می‌توانند تا ۱۰۰۰ برابر بیشتر از بیشتر قسمت‌های بدن عرق تولید کنند. این جریان مداوم تعریق غیرفعال، سیستم را حتی زمانی که کاربر بی‌حرکت است، در حال کار نگه می‌دارد.

از آنجا که این دستگاه بدون باتری کار می‌کند، می‌توان آن را تنها با چند سنت تولید کرد. هزینه پایین آن، امکان استفاده گسترده و یکبار مصرف را فراهم می‌آورد که مزیتی بزرگ برای جوامعی است که دسترسی محدودی به آزمایش‌های پزشکی دارند.

این پروژه، نوآوری‌های آزمایشگاه‌های مرسیه و جوزف وانگ را که پیش‌تر حسگر‌های خالکوبی‌مانند و پوشیدنی‌های مجهز به نوک انگشت را بررسی کرده بودند، با الکترونیک بی‌سیم بدون باتری ادغام می‌کند.

گامی فراتر از فناوری‌های پوشیدنی

در نمایش‌های انجام شده، این برچسب به یک لیوان یکبار مصرف چسبانده شد و تغییرات سطح ویتامین C شرکت‌کنندگان را پس از مصرف مکمل‌ها یا آب پرتقال به طور دقیق ردیابی کرد. این برچسب توانست بیش از دو ساعت تنها با استفاده از عرق، انرژی خود را تأمین کند.

جوزف وانگ، یکی دیگر از محققان، بیان کرد:

«این یک توسعه‌ی زیبا از فناوری اولیه‌ی مبتنی بر عرق نوک انگشتان ما به سمت نظارت آسان و مداوم بر تغذیه و سلامت شخصی است. با انتقال حسگر‌ها از پوست به سطح اشیاء روزمره مانند فنجان یا بطری، ما در حال گسترش فناوری پوشیدنی هستیم.»

محققان در نظر دارند این سیستم را برای اندازه‌گیری مواد مغذی و نشانگر‌های بیوشیمیایی بیشتری توسعه دهند. نسخه‌های آینده ممکن است داده‌ها را مستقیماً به تلفن‌های هوشمند یا ساعت‌های هوشمند ارسال کنند تا ردیابی سلامت در طول روز به صورت یکپارچه و بلادرنگ انجام شود. این مطالعه در مجله‌ی Biosensors and Bioelectronics منتشر شده است.